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【摘 要】随着油田稠油开发的不断深入，沿用注湿蒸汽的常规吞吐方法已不能满足稠油采收率的提高和开采新技术发展的紧迫需要。稠油的高轮次开采主要是依靠蒸汽汽化潜热加温原油，蒸汽中的水分对产出无益，反而增加占据地层的孔隙体积，使采出液含水率上升，原油产量降低。为了大幅度提高稠油的采收率，要求注井的蒸汽品质越高越好，当以蒸汽过热态为最佳。稠油开采采用过热蒸汽吞吐技术后，采收率显著提高，产量可增加3～8倍。因此，注过热蒸汽是增加稠油产量的有效途径。
【关键词】稠油 注蒸汽采油 蒸汽汽化 过热蒸汽
【中图分类号】TE934【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0025-02
1、前言
稠油是世界经济发展的重要资源，其储量十分丰富。在加拿大、委内瑞拉等国家发现了70多个稠油油田；我国已探明和开发的稠油区域，主要分布在辽河油田、胜利油田、新疆克拉玛依油田和中原油田，稠油的储量在世界上居第七位，目前稠油的产量已经占全国石油年产量的十分之一左右。20世纪60年代，注蒸汽采油技术已经在美国、委内瑞拉等国广泛应用，不仅大大地提高了稠油产量、加快油田的采油速度，而且获得较好的经济效益和社会效益。我国稠油在物理性质上与国外有着明显的不同，主要区别是：相同密度的稠油，中国稠油的粘度相对较高。根据我国稠油的物理特点，分类为普通稠油、特稠稠油和超稠油，标准分别为：油层温度下脱气油粘度：普通稠油： 100 ～10000 mPa·s；特稠油10000～50000 mPa·s；超稠油（天然沥青）：>50000 mPa·s
2、 注蒸汽采油的机理和方法
2.1 注蒸汽开采稠油的机理
所谓的注蒸汽开采稠油就是向油层注入高温、高压的湿饱和蒸汽加热油层，将油层温度提高到200摄氏度以上，此时稠油的粘度将由几百或几千毫帕秒下降到10 mPa.s以下，即使是沥青也降到几十毫帕秒，很容易开采出来。主要有蒸汽吞吐法和蒸汽驱法。
3、干蒸汽发生器简介
3.1 结构及主要设备
（1）结构形式
其结构是在湿蒸汽发生器的基础上多了球形汽水分离器、过热段及喷水减温器等部分。
过热段是由单光管水平往复组成的矩形结构，位于高温烟气区域，其功能是将分离出的干饱和蒸汽继续加热升温。
球形汽水分离器位于辐射段出口和过热段入口之间，其功能是将湿蒸汽中的汽水进行彻底分离。分离效率达到99%以上，可满足过热器安全运运行的要求。
喷水减温器位于过热器出口与汽水分离器饱和水出口混合处，其功能是将饱和水得以汽化、高过热度蒸汽得以降温。饱和水通过喷嘴以雾状方式喷到过热蒸汽中，与过热蒸汽充分混合。
（2）主要设备
a）燃烧器选用分体式燃气燃烧机 。
b）给水泵及变频装置
给水泵选用容积式往复柱塞泵，最大给水流量和压力满足负荷运行并有裕量；柱塞泵配套变频装置实现软启动，流量控制采用变频调节，稳定、波动小。
3.2 汽水流程
生水经过湿蒸汽发生器同样流程加热汽化后达到70～80%的蒸汽干度，然后进入到球形汽水分离器进行汽水分离，分离出的干蒸汽（干度99%以上）再进入到过热段加热，温度达到460℃左右进入喷水减温器，与分离出的饱和水充分混合，经混合后的蒸汽温度降低到约330～360℃，最后注入井下。
3.3 自动控制要素
（1）硬件组成
硬件系统组成为：压力变送器、温度传感器等测量与检测仪表，电气动力设备及变频等执行机构，可编程控制器PLC、触摸屏嵌入式HMI及远程IPC等组成的中央控制系统。
（2）系统软件
由嵌入式HMI（人机界面）程序、PLC控制程序和IPC远程监控程序三部分软件组成。
（3）主要功能
a）蒸汽干度和过热度在线显示
b）PID全程运转自动控制
c）安全警报
d）系统先进性
3.4关键及核心技术
（1）汽水分离是基础
球形汽水分离器性能优良，高效分离，分离效率达到99.9%，是过热器安全运行的必要基础。
具有一定干度的饱和蒸汽通过汽水分离，从汽水混合物中分离出干蒸汽，将干蒸汽送入过热器中加热，使蒸汽温度提高从而转化为过热蒸汽。
安全可靠性是第一品质，过热段管束及弯头材料设计选用12Cr1MoVG材质，耐温565℃。
（2）析盐处理是关键
在蒸汽发生器中导致受热管结垢有二种情况：一种是由Ca+、Mg+形成的非溶解垢，一种是由Na+ 、K+等形成的可溶解垢。锅炉给水已完全祛除Ca+、Mg+等，剩存在水中的Na+ 、K+等在蒸汽干度过高或过热的工况下才会析出并结在受热管内壁上，其原因是受热管管壁的温度远大于蒸汽介质的温度。而饱和水与高过热度的蒸汽在喷水减温器中喷雾汽化再转化成过热蒸汽的过程中，盐分以微小固态颗粒状析出，但不会粘附在输送管道的内壁上。其原因是管道壁不受热，蒸汽介质的温度大于管壁的温度，管壁对盐分不具有吸附力。
强制循环蒸汽发生器所产生的饱和湿蒸汽经过分离将干蒸汽再过热，避开受热区析盐，高过热度的干蒸汽再与分离出的饱和水通过喷水减温器，内置的雾化喷嘴对饱和水进行压力雾化，使饱和水分散于高温蒸汽汽流中混合，饱和水在混合瞬间汽化后析出的微小固态颗粒被高速的蒸汽汽流带走。
（3）程控技术是核心
过热注汽锅炉从启动、点火、运行实现了全过程自动控制，兼容二种状态三种工况，可随时根据需要选择运行方式。程控全过程包括从启动点火、水火跟踪、辐射段出口蒸汽干度检测、球型汽水分离器适时分离、液位保持、干度恒定、汽水混合等，实现设计参数的全程在线，整机系统具备了过程监测与控制、故障报警、故障诊断、历史数据查询、历史故障查询、数据报表自动生成 。
4、结论
提高采收率的关键是提高注入油层的蒸汽品质，蒸汽温度越高，单位质量的蒸汽所携带的热量越多，注入地层的有效热量增多，产量和采收率就能够提高。若以高压过热蒸汽注入油层进行热采，采收率可达到50%～70%，单井产量有效提高。相对于注湿蒸汽发生器，主要具备以下优势：
1）运行平稳，安全可靠，故障率低；
2）模块化设计，搬迁灵活，适应性强；
3）用低成本软化水生产过热蒸汽，经济效益高；
4） 工艺流程新颖，运行实现零排放，节能环保；
5） 操作系统人性化，人机界面直观友好，操作简洁易懂；
6） 燃烧火焰可换挡调节，保证良好的燃烧工况；
7） 干度自动检测，无需人工化验，实现自动化控制；
8） 数据管理功能强大，系统功能丰富。
综上，注过热蒸汽是增加稠油产量的有效途径。干蒸汽发生器在注蒸汽开采稠油领域是完全可行的。
参考文献
[1] 赵文英 盖轶 申海燕 热注运行工读本.辽宁：辽宁科学技术出版社，2008.
[2] 中油八建 过热蒸汽技术.辽宁：中油八建 2009.
[3] 沈平平 张义堂等 热力采油-提高采收率技术.北京：石油工业出版社 2006.
[4] 刘继和 孙素凤.注汽锅炉（第三版）.北京：石油工业出版社，2007.
[5] 吴为民 化工机械.甘肃：化工机械杂志社2005.
【关键词】稠油 注蒸汽采油 蒸汽汽化 过热蒸汽
【中图分类号】TE934【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0025-02
1、前言
稠油是世界经济发展的重要资源，其储量十分丰富。在加拿大、委内瑞拉等国家发现了70多个稠油油田；我国已探明和开发的稠油区域，主要分布在辽河油田、胜利油田、新疆克拉玛依油田和中原油田，稠油的储量在世界上居第七位，目前稠油的产量已经占全国石油年产量的十分之一左右。20世纪60年代，注蒸汽采油技术已经在美国、委内瑞拉等国广泛应用，不仅大大地提高了稠油产量、加快油田的采油速度，而且获得较好的经济效益和社会效益。我国稠油在物理性质上与国外有着明显的不同，主要区别是：相同密度的稠油，中国稠油的粘度相对较高。根据我国稠油的物理特点，分类为普通稠油、特稠稠油和超稠油，标准分别为：油层温度下脱气油粘度：普通稠油： 100 ～10000 mPa·s；特稠油10000～50000 mPa·s；超稠油（天然沥青）：>50000 mPa·s
2、 注蒸汽采油的机理和方法
2.1 注蒸汽开采稠油的机理
所谓的注蒸汽开采稠油就是向油层注入高温、高压的湿饱和蒸汽加热油层，将油层温度提高到200摄氏度以上，此时稠油的粘度将由几百或几千毫帕秒下降到10 mPa.s以下，即使是沥青也降到几十毫帕秒，很容易开采出来。主要有蒸汽吞吐法和蒸汽驱法。
3、干蒸汽发生器简介
3.1 结构及主要设备
（1）结构形式
其结构是在湿蒸汽发生器的基础上多了球形汽水分离器、过热段及喷水减温器等部分。
过热段是由单光管水平往复组成的矩形结构，位于高温烟气区域，其功能是将分离出的干饱和蒸汽继续加热升温。
球形汽水分离器位于辐射段出口和过热段入口之间，其功能是将湿蒸汽中的汽水进行彻底分离。分离效率达到99%以上，可满足过热器安全运运行的要求。
喷水减温器位于过热器出口与汽水分离器饱和水出口混合处，其功能是将饱和水得以汽化、高过热度蒸汽得以降温。饱和水通过喷嘴以雾状方式喷到过热蒸汽中，与过热蒸汽充分混合。
（2）主要设备
a）燃烧器选用分体式燃气燃烧机 。
b）给水泵及变频装置
给水泵选用容积式往复柱塞泵，最大给水流量和压力满足负荷运行并有裕量；柱塞泵配套变频装置实现软启动，流量控制采用变频调节，稳定、波动小。
3.2 汽水流程
生水经过湿蒸汽发生器同样流程加热汽化后达到70～80%的蒸汽干度，然后进入到球形汽水分离器进行汽水分离，分离出的干蒸汽（干度99%以上）再进入到过热段加热，温度达到460℃左右进入喷水减温器，与分离出的饱和水充分混合，经混合后的蒸汽温度降低到约330～360℃，最后注入井下。
3.3 自动控制要素
（1）硬件组成
硬件系统组成为：压力变送器、温度传感器等测量与检测仪表，电气动力设备及变频等执行机构，可编程控制器PLC、触摸屏嵌入式HMI及远程IPC等组成的中央控制系统。
（2）系统软件
由嵌入式HMI（人机界面）程序、PLC控制程序和IPC远程监控程序三部分软件组成。
（3）主要功能
a）蒸汽干度和过热度在线显示
b）PID全程运转自动控制
c）安全警报
d）系统先进性
3.4关键及核心技术
（1）汽水分离是基础
球形汽水分离器性能优良，高效分离，分离效率达到99.9%，是过热器安全运行的必要基础。
具有一定干度的饱和蒸汽通过汽水分离，从汽水混合物中分离出干蒸汽，将干蒸汽送入过热器中加热，使蒸汽温度提高从而转化为过热蒸汽。
安全可靠性是第一品质，过热段管束及弯头材料设计选用12Cr1MoVG材质，耐温565℃。
（2）析盐处理是关键
在蒸汽发生器中导致受热管结垢有二种情况：一种是由Ca+、Mg+形成的非溶解垢，一种是由Na+ 、K+等形成的可溶解垢。锅炉给水已完全祛除Ca+、Mg+等，剩存在水中的Na+ 、K+等在蒸汽干度过高或过热的工况下才会析出并结在受热管内壁上，其原因是受热管管壁的温度远大于蒸汽介质的温度。而饱和水与高过热度的蒸汽在喷水减温器中喷雾汽化再转化成过热蒸汽的过程中，盐分以微小固态颗粒状析出，但不会粘附在输送管道的内壁上。其原因是管道壁不受热，蒸汽介质的温度大于管壁的温度，管壁对盐分不具有吸附力。
强制循环蒸汽发生器所产生的饱和湿蒸汽经过分离将干蒸汽再过热，避开受热区析盐，高过热度的干蒸汽再与分离出的饱和水通过喷水减温器，内置的雾化喷嘴对饱和水进行压力雾化，使饱和水分散于高温蒸汽汽流中混合，饱和水在混合瞬间汽化后析出的微小固态颗粒被高速的蒸汽汽流带走。
（3）程控技术是核心
过热注汽锅炉从启动、点火、运行实现了全过程自动控制，兼容二种状态三种工况，可随时根据需要选择运行方式。程控全过程包括从启动点火、水火跟踪、辐射段出口蒸汽干度检测、球型汽水分离器适时分离、液位保持、干度恒定、汽水混合等，实现设计参数的全程在线，整机系统具备了过程监测与控制、故障报警、故障诊断、历史数据查询、历史故障查询、数据报表自动生成 。
4、结论
提高采收率的关键是提高注入油层的蒸汽品质，蒸汽温度越高，单位质量的蒸汽所携带的热量越多，注入地层的有效热量增多，产量和采收率就能够提高。若以高压过热蒸汽注入油层进行热采，采收率可达到50%～70%，单井产量有效提高。相对于注湿蒸汽发生器，主要具备以下优势：
1）运行平稳，安全可靠，故障率低；
2）模块化设计，搬迁灵活，适应性强；
3）用低成本软化水生产过热蒸汽，经济效益高；
4） 工艺流程新颖，运行实现零排放，节能环保；
5） 操作系统人性化，人机界面直观友好，操作简洁易懂；
6） 燃烧火焰可换挡调节，保证良好的燃烧工况；
7） 干度自动检测，无需人工化验，实现自动化控制；
8） 数据管理功能强大，系统功能丰富。
综上，注过热蒸汽是增加稠油产量的有效途径。干蒸汽发生器在注蒸汽开采稠油领域是完全可行的。
参考文献
[1] 赵文英 盖轶 申海燕 热注运行工读本.辽宁：辽宁科学技术出版社，2008.
[2] 中油八建 过热蒸汽技术.辽宁：中油八建 2009.
[3] 沈平平 张义堂等 热力采油-提高采收率技术.北京：石油工业出版社 2006.
[4] 刘继和 孙素凤.注汽锅炉（第三版）.北京：石油工业出版社，2007.
[5] 吴为民 化工机械.甘肃：化工机械杂志社2005.